Les batteries à électrolyte solide











Une batterie solide, également appelée batterie à électrolyte solide désigne un type d'accumulateur électrique pour lequel l'électrolyte, placé entre l'anode et la cathode, est solide, sous forme d'une plaque de verre ou de gel. Ce type d'accumulateur d'un nouveau genre est vu comme un remplaçant des accumulateurs lithium-ion, en raison d'une densité énergétique supérieure, mais également d'une plage de température d'utilisation plus élevée : de −20 °C à plus de 100 °C contre de 15 °C à 35 °C, ainsi que d'un risque moindre d'embrasement ou d'explosion ....





Les batteries à électrolyte solide qui sont déjà présentes dans les pacemakers depuis les années 1970 sont donc bien connues. Elles permettraient d'augmenter fortement l'autonomie des véhicules électriques ou d'abaisser le poids et le coût des véhicules en conservant le même rayon d’action grâce à leur capacité énergétique jusqu’à 3 fois plus élevée que celle des habituelles batteries lithium-ion actuellement les plus utilisées dans l'automobile. Elles élimineraient le risque d’auto-incendie, ne demanderaient pas une gestion thermique compliquée, nécessiteraient moins de précautions de manipulation, et seraient plus facile et moins chère à produire en permettant de se passer de métaux coûteux comme le cobalt ....





En effet, actuellement, les batteries des voitures électrifiées utilisent principalement la technologie lithium-ion, du genre de celle que l’on retrouve dans nos smartphones et nos ordinateurs portables. Omniprésentes dans notre quotidien, leurs accumulateurs li-ion affichent néanmoins un impact environnemental de plus en plus problématique puisque l’extraction du lithium requiert une quantité astronomique d’eau douce. Se pose également la question du recyclage de ces batteries, à la durée de vie moyenne d’une décennie. Face à ces freins, nombre de regards se tournent donc désormais vers des énergies alternatives ou des produits plus innovants tels que les batteries à électrolyte solide ....





Quasiment tous les grands groupes automobiles au travers de leurs centre de recherche et développement ou de leurs marques comme par exemple Blue solutions, Bolloré, Prologium, Dongfeng, Hydro-Québec, General Motor, Honda, Saft, Toyota, Volkswagen, Ford, BMW, Stellantis, Hyundai, Nio, Tesla, Samsung, Aiways, Vinfast ou Mercedes se sont lancés dans des programmes d'études et investissent plusieurs centaines de millions d'euros en prévision de l'ouverture de leurs premières lignes de production de masse avec la construction de gigafactories spécialisées. On l'aura compris tous les constructeurs sont très intéressés par les batteries à électrolyte solide car au niveau du système, elles apporteront des avantages supplémentaires tels qu'une mécanique simplifiée ainsi qu'une meilleure gestion thermique et une sécurité renforcée. Comme ces batteries présentent un rapport puissance/poids élevé, elles sont idéales pour une utilisation dans les véhicules électriques ....





Pour bien comprendre, revenons aux rudiments de la batterie qui se compose d’un ou plusieurs éléments, chacun doté d’une électrode positive (la cathode), d’une électrode négative (l’anode), d’un séparateur et d’un électrolyte. Selon les matières utilisées pour ces éléments, les propriétés de la batterie différeront et l’impact sur la quantité d’énergie stockée, la puissance fournie ou le nombre de cycles de charges réalisables ne sera pas le même. Dans le cas des batteries lithium-ion (ou Li-ion), les ions se déplacent d’une électrode à l’autre par le biais de l’électrolyte liquide. Pour les batteries à électrolyte solide, cet électrolyte liquide est remplacé par un composé inorganique solide « qui peut être soit une céramique soit un polymère », souligne Mathieu Morcrette, ingénieur de recherche et directeur du LRCS (Laboratoire de réactivité et chimie des solides) au CNRS ....





L'un des grands avantage des batteries à électrolyte solide c'est une nette amélioration de la sécurité au niveau contrairement à leurs homologues liquides, les électrolytes solides sont ininflammables lorsqu'ils sont chauffés. Deuxièmement, elles permettent l'utilisation de matériaux innovants haute tension et haute capacité, pour des batteries plus denses et plus légères avec une meilleure durée de vie en raison d'une autodécharge réduite. Comme ces batteries présentent un rapport puissance/poids élevé, elles sont idéales pour une utilisation dans les véhicules électriques. Plusieurs technologies de batterie tout-solide devraient apparaître au fil des avancées technologiques. La première génération pourrait être constituée tout d'abord de batteries comportant des anodes en graphite, offrant de meilleures performances énergétiques et une sécurité accrue. Plus tard, des batteries tout-solide plus légères, avec une anode en lithium métallique, pourraient être commercialisées ....





L'institut de recherche Fraunhofer, basé à Karlushe, en Allemagne, a publié une étude sur les batteries à électrolyte solide. Plus précisément, les chercheurs allemands se sont demandé où en était cette technologie. L'étude a montré qu'aujourd'hui, après des années de fort développement, les batteries lithium-ion sont sur le point d'atteindre leur plein potentiel. La véritable révolution viendra alors avec l'arrivée des batteries à l'état solide tant attendues, et cela se produira en masse d'ici maximum 10 ans. Selon les chercheurs de Fraunhofer, les points forts sont :

  • Densité énergétique (pourrait passer de 350 Wh/l actuellement à 1150 Wh/l)
  • Sécurité (moins de risque d'incendie dû à la surchauffe)
  • Durabilité (moins de dégradation de la structure interne)
  • Vitesse de charge (puissance de sortie plus élevée grâce à une meilleure gestion de la température)




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